RU2842162C1 - Heating plant and cryogenic air separation plant for it - Google Patents
Heating plant and cryogenic air separation plant for it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2842162C1 RU2842162C1 RU2024119382A RU2024119382A RU2842162C1 RU 2842162 C1 RU2842162 C1 RU 2842162C1 RU 2024119382 A RU2024119382 A RU 2024119382A RU 2024119382 A RU2024119382 A RU 2024119382A RU 2842162 C1 RU2842162 C1 RU 2842162C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- heat exchanger
- cooling
- water
- low
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к теплофикационным парогазовым установкам и предназначено для централизованного теплоснабжения с генерацией электрической энергии на собственные нужды и отпуском в жидкой фазе кислорода и диоксида углерода внешним потребителям.The invention relates to the field of thermal power engineering, in particular to combined-cycle heating plants, and is intended for centralized heat supply with the generation of electrical energy for in-house needs and the release of oxygen and carbon dioxide in the liquid phase to external consumers.
Известен способ работы теплосиловой паровой установки (патент РФ №2812135, опубл. 23.01.2024), в котором топливо сжигается в потоке воздуха в камере сгорания. Горячий газ из камеры сгорания в котле греет рабочее тело парового цикла Ренкина. Рабочее тело парового цикла - углекислый газ. Конденсация углекислого газа за паровой турбиной осуществляется в конденсаторе охлаждением водой, которая после конденсатора поступает в воздушный теплообменник-испаритель где охлаждается льдом и с помощью теплового парокомпрессионного насоса, передавая тепло потребителю тепла. Выхлопные газы после котла дополнительно охлаждаются водой из воздушного теплообменника-испарителя, после чего выбрасываются в атмосферу. К недостаткам данного способа следует отнести низкий уровень температур теплоносителя, передаваемый потребителям тепла (65-70 и 85-90°С), да и этот уровень температур достигается неэффективной работой теплового насоса, т.к. слишком больший подъем температур от ~0 до 65-70 или 85-90°С (низкий коэффициент преобразования). Установка также выбрасывает в атмосферу парниковый газ СО2 - результат химической реакции углеводородного топлива и кислорода воздуха в камере сгорания котла.A method of operating a thermal power steam plant is known (RU Patent No. 2812135, published on 23.01.2024), in which fuel is burned in an air flow in a combustion chamber. Hot gas from the combustion chamber in the boiler heats the working fluid of the Rankine steam cycle. The working fluid of the steam cycle is carbon dioxide. Condensation of carbon dioxide behind the steam turbine is carried out in the condenser by cooling with water, which after the condenser enters the air heat exchanger-evaporator, where it is cooled with ice and with the help of a thermal vapor compression pump, transferring heat to the heat consumer. The exhaust gases after the boiler are additionally cooled with water from the air heat exchanger-evaporator, after which they are released into the atmosphere. The disadvantages of this method include the low temperature level of the coolant transferred to heat consumers (65-70 and 85-90 ° C), and this temperature level is achieved by inefficient operation of the heat pump, because too much temperature rise from ~0 to 65-70 or 85-90°C (low conversion factor). The unit also emits greenhouse gas CO2 into the atmosphere - the result of a chemical reaction between hydrocarbon fuel and oxygen in the combustion chamber of the boiler.
Известны устройства накопления энергии с получением криогенных жидкостей, хранения энергии и ее высвобождения с использованием различных источников теплоты на стадии генерации, выбранный в качестве наиболее близкого аналога для установки криогенного разделения воздуха (патент RU 2783176 С2, опубл. 09.11.2022), содержащие по меньшей мере два компрессора, по меньшей мере один из которых является компрессором низкого давления, а по меньшей мере один другой является компрессором высокого давления, теплообменники охлаждения воздуха, дроссельное устройство, колонну ожижения воздуха.There are known devices for energy accumulation with the production of cryogenic liquids, energy storage and its release using various heat sources at the generation stage, selected as the closest analogue for a cryogenic air separation plant (patent RU 2783176 C2, published 09.11.2022), containing at least two compressors, at least one of which is a low-pressure compressor, and at least one other is a high-pressure compressor, air cooling heat exchangers, a throttle device, an air liquefaction column.
К недостаткам наиболее близкого налога для установки криогенного разделения воздуха можно отнести относительно низкий коэффициент использования тепла за счет больших потерь тепла в атмосферу при ожижении воздуха.The disadvantages of the closest tax for the cryogenic air separation plant include a relatively low heat utilization coefficient due to large heat losses into the atmosphere during air liquefaction.
Известна установка для выработки тепловой и механической энергии и способ ее работы, выбранная в качестве наиболее близкого аналога для теплофикационной установки (патент РФ №2805401, опубл. 16.10.2023), состоящая из линий подачи сжиженных кислорода, природного газа и воды в камеру сгорания, соединенную с по меньшей мере одной парогазовой турбиной, выход которой соединен с линией охлаждения и конденсации отработанных газов, включающей рекуперативный охладитель отработанных газов, выполненный с возможностью подогрева воды, поступающей в камеру сгорания, контактный теплообменник низкого давления, компрессор, контактный теплообменник высокого давления и устройство ожижения диоксида углерода. В камеру сгорания подают сжиженные СИГ и кислород, а также воду из контактного теплообменника низкого давления. Газы из камеры сгорания подают на парогазовую турбину, после которой отработанные газы поступают в линию охлаждения и конденсации отработанных газов (ОГ), где их ступенчатого охлаждают в рекуперативном охладителе, в контактных теплообменниках низкого и высокого давления до температур конденсации воды и далее в устройстве ожижения диоксида углерода до температуры конденсации диоксида углерода. Сконденсированную воду из контактного теплообменника низкого давления направляют к по меньшей мере одной секции подачи воды этого же контактного теплообменника через подогреватель сетевой воды.A plant for generating thermal and mechanical energy and a method for its operation are known, selected as the closest analogue for a cogeneration plant (RU Patent No. 2805401, published on 16.10.2023), consisting of lines for feeding liquefied oxygen, natural gas and water into a combustion chamber connected to at least one combined-cycle turbine, the outlet of which is connected to a line for cooling and condensing exhaust gases, including a recuperative exhaust gas cooler designed to heat the water entering the combustion chamber, a low-pressure contact heat exchanger, a compressor, a high-pressure contact heat exchanger and a carbon dioxide liquefaction device. Liquefied liquefied natural gas and oxygen, as well as water from the low-pressure contact heat exchanger, are fed into the combustion chamber. The gases from the combustion chamber are fed to the steam-gas turbine, after which the exhaust gases enter the exhaust gas (EG) cooling and condensation line, where they are cooled in stages in the recuperative cooler, in the low- and high-pressure contact heat exchangers to water condensation temperatures and then in the carbon dioxide liquefaction device to the carbon dioxide condensation temperature. The condensed water from the low-pressure contact heat exchanger is directed to at least one water supply section of the same contact heat exchanger through the network water heater.
К недостаткам наиболее близкого аналога можно отнести относительно большие потери тепла в атмосферуThe disadvantages of the closest analogue include relatively large heat losses into the atmosphere.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение указанных недостатков наиболее близкого аналога.The task that the invention is aimed at solving is to eliminate the indicated disadvantages of the closest analogue.
Технический результат заключается в повышении использования тепла, вырабатываемого теплофикационной установкой, в частности вырабатываемого в установке криогенного разделения воздуха.The technical result consists in increasing the use of heat generated by a cogeneration plant, in particular generated in a cryogenic air separation plant.
Технический результат достигается установкой криогенного разделения воздуха, содержащей по меньшей мере один компрессор высокого давления, теплообменники охлаждения воздуха, турбодетандер, ректификационную колонну разделения воздуха, при этом также включает по меньшей мере два компрессора низкого давления, соединенные с рекуперативными теплообменниками охлаждения воздуха низкого давления, выполненными с возможностью подогрева воды из теплосети, при этом по меньшей мере один компрессор высокого давления соединен с рекуперативным теплообменником охлаждения воздуха высокого давления, выполненным с возможностью подогрева воды из теплосети.The technical result is achieved by a cryogenic air separation unit containing at least one high-pressure compressor, air cooling heat exchangers, a turboexpander, an air separation rectification column, and also includes at least two low-pressure compressors connected to low-pressure air cooling recuperative heat exchangers designed with the possibility of heating water from a heating network, wherein at least one high-pressure compressor is connected to a high-pressure air cooling recuperative heat exchanger designed with the possibility of heating water from a heating network.
По меньшей мере один из по меньшей мере двух компрессоров низкого давления соединен с турбодетандером через рекуперативный теплообменник охлаждения воздуха низкого давления, теплообменник охлаждения воздуха низкого давления холодным теплоносителем, по меньшей мере один компрессор высокого давления, рекуперативный теплообменник охлаждения воздуха высокого давления и теплообменник охлаждения воздуха высокого давления холодным теплоносителем.At least one of at least two low-pressure compressors is connected to the turboexpander via a recuperative heat exchanger for cooling low-pressure air, a heat exchanger for cooling low-pressure air with a cold coolant, at least one high-pressure compressor, a recuperative heat exchanger for cooling high-pressure air and a heat exchanger for cooling high-pressure air with a cold coolant.
По меньшей мере один второй компрессор низкого давления из по меньшей мере двух компрессоров низкого давления соединен с ректификационной колонной разделения воздуха через рекуперативный теплообменник охлаждения воздуха низкого давления, теплообменник охлаждения воздуха и теплообменник охлаждения воздуха, соединенный также с турбодетандером, при этом по меньшей мере один выход сжиженного кислорода ректификационной колонны разделения воздуха соединен с камерой сгорания теплофикационной установки.At least one second low-pressure compressor of at least two low-pressure compressors is connected to the air separation rectification column via a low-pressure air cooling recuperative heat exchanger, an air cooling heat exchanger and an air cooling heat exchanger also connected to the turboexpander, wherein at least one liquefied oxygen outlet of the air separation rectification column is connected to the combustion chamber of the heating plant.
Приводом по меньшей мере двух компрессоров низкого давления служит парогазовая турбина среднего давления, а приводом по меньшей мере одного компрессора высокого давления служит парогазовая турбина высокого давления.At least two low-pressure compressors are driven by a medium-pressure steam-gas turbine, and at least one high-pressure compressor is driven by a high-pressure steam-gas turbine.
Теплообменники охлаждения воздуха, выполнены с возможностью передачи тепла в атмосферу посредством градирен, кроме того ректификационная колонна разделения воздуха дополнительно соединена с блоком накопления и хранения кислорода.Air cooling heat exchangers are designed with the ability to transfer heat to the atmosphere by means of cooling towers; in addition, the air separation rectification column is additionally connected to an oxygen accumulation and storage unit.
Технический результат также достигается теплофикационной установкой, содержащей линию подачи сжиженного кислорода от установки криогенного разделения воздуха, линию подачи сжиженного природного газа, а также линию подачи воды в камеру сгорания, соединенную с по меньшей мере одной парогазовой турбиной высокого давления, выход которой соединен с линией охлаждения и конденсации отработанных газов, включающей рекуперативный охладитель отработанных газов, выполненный с возможностью подогрева воды, подающейся насосом воды в камеру сгорания, контактный теплообменник низкого давления, компрессор, контактный теплообменник высокого давления и устройство ожижения диоксида углерода, при этом один из выходов воды контактного теплообменника низкого давления соединен с подогревателем сетевой воды и по меньшей мере одной секцией подачи воды этого контактного теплообменника низкого давления, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна парогазовая турбина высокого давления также соединена с по меньшей мере одним компрессором высокого давления установки криогенного разделения воздуха, установка также включает по меньшей мере одну парогазовую турбину среднего давления, соединенную с по меньшей мере одной парогазовой турбиной высокого давления и с по меньшей мере двумя компрессорами низкого давления установки криогенного разделения воздуха, при этом указанные по меньшей мере два компрессора низкого давления соединены с рекуперативными теплообменниками охлаждения воздуха низкого давления установки криогенного разделения воздуха, выполненными с возможностью подогрева воды из теплосети, а указанный по меньшей мере один компрессор высокого давления соединен с рекуперативным теплообменником охлаждения воздуха высокого давления установки криогенного разделения воздуха, выполненным с возможностью подогрева воды из теплосети.The technical result is also achieved by a cogeneration plant comprising a liquefied oxygen supply line from a cryogenic air separation plant, a liquefied natural gas supply line, and a water supply line to the combustion chamber connected to at least one high-pressure combined-cycle turbine, the outlet of which is connected to an exhaust gas cooling and condensation line, including a recuperative exhaust gas cooler configured to heat water supplied by a water pump to the combustion chamber, a low-pressure contact heat exchanger, a compressor, a high-pressure contact heat exchanger, and a carbon dioxide liquefaction device, wherein one of the water outlets of the low-pressure contact heat exchanger is connected to a network water heater and at least one water supply section of this low-pressure contact heat exchanger, characterized in that at least one high-pressure combined-cycle turbine is also connected to at least one high-pressure compressor of the cryogenic air separation plant, the plant also includes at least one medium-pressure combined-cycle turbine connected to at least one medium-pressure combined-cycle a high-pressure turbine and with at least two low-pressure compressors of the cryogenic air separation unit, wherein said at least two low-pressure compressors are connected to recuperative heat exchangers for cooling low-pressure air of the cryogenic air separation unit, configured to heat water from the heating network, and said at least one high-pressure compressor is connected to a recuperative heat exchanger for cooling high-pressure air of the cryogenic air separation unit, configured to heat water from the heating network.
Линия охлаждения и конденсации отработанных газов дополнительно включает теплообменный аппарат, расположенный перед контактным теплообменником низкого давления и встроенный в выпарной аппарат, выход для воды которого соединен с по меньшей мере одной секцией подачи воды в контактный теплообменник высокого давления через питательный насос и теплообменник охлаждающей воды контактного теплообменника высокого давления, при этом выход для воды контактного теплообменника высокого давления соединен со входом для охлаждающей воды выпарного аппарата через питательный насос и теплообменник охлаждающей воды контактного теплообменника высокого давления, выход для пара выпарного аппарата соединен с конденсатором, имеющим поверхностный теплообменник для подогрева сетевой воды, кроме того один из выходов сконденсированной воды конденсатора соединен со входом в теплосеть через насос.The exhaust gas cooling and condensation line additionally includes a heat exchanger located in front of the low-pressure contact heat exchanger and built into the evaporator, the water outlet of which is connected to at least one section of the water supply to the high-pressure contact heat exchanger via a feed pump and a cooling water heat exchanger of the high-pressure contact heat exchanger, wherein the water outlet of the high-pressure contact heat exchanger is connected to the cooling water inlet of the evaporator via the feed pump and the cooling water heat exchanger of the high-pressure contact heat exchanger, the steam outlet of the evaporator is connected to a condenser having a surface heat exchanger for heating the network water, in addition, one of the condensed water outlets of the condenser is connected to the input to the heating network via a pump.
По меньшей мере одна парогазовая турбина низкого давления соединена с по меньшей мере одной парогазовой турбиной среднего давления, рекуперативным охладителем отработанных газов и электрогенератором, а компрессор соединен с турбодетандером установки криогенного разделения воздуха, соединенным с по меньшей мере одним компрессором высокого давления установки криогенного разделения воздуха.At least one low-pressure steam-gas turbine is connected to at least one medium-pressure steam-gas turbine, a recuperative exhaust gas cooler and an electric generator, and the compressor is connected to a turboexpander of a cryogenic air separation unit, connected to at least one high-pressure compressor of a cryogenic air separation unit.
Выход для диоксида углерода устройства ожижения диоксида углерода соединен с блоком накопления и хранения диоксида углерода, а ректификационная колонна разделения воздуха установки криогенного разделения воздуха соединена с блоком накопления и хранения кислорода, при этом установка выполнена с возможностью обеспечения передачи избытка воды из конденсатора и контактного теплообменника низкого давления, диоксида углерода и кислорода от блоков накопления и хранения диоксида углерода и кислорода, а также газов, полученных при сжижении кислорода в установке криогенного разделения воздуха, к внешнему потребителю.The carbon dioxide outlet of the carbon dioxide liquefaction device is connected to the carbon dioxide accumulation and storage unit, and the air separation rectification column of the cryogenic air separation unit is connected to the oxygen accumulation and storage unit, wherein the unit is designed with the possibility of providing transfer of excess water from the condenser and low-pressure contact heat exchanger, carbon dioxide and oxygen from the carbon dioxide and oxygen accumulation and storage units, as well as gases obtained during oxygen liquefaction in the cryogenic air separation unit, to an external consumer.
Изобретение поясняется следующими графическими материалами: на фигуре показана схема энергетической установки без линии подачи диоксида углерода в камеру сгорания.The invention is explained by the following graphic materials: the figure shows a diagram of a power plant without a line for feeding carbon dioxide into the combustion chamber.
На фигуре представлены следующие обозначения:The following symbols are shown on the figure:
1 - насос кислорода (O2);1 - oxygen pump (O2);
2 - насос сжиженного природного газа (СИГ);2 - liquefied natural gas (LNG) pump;
3 - насос экспорта диоксида углерода (CO2);3 - carbon dioxide (CO2) export pump;
4 - насос воды (H2O);4 - water pump (H2O);
5 - теплообменник-утилизатор холода СИГ;5 - heat exchanger-cold recovery unit SIG;
6 - теплообменник подогрева СИГ;6 - SIG heating heat exchanger;
7 - камера сгорания;7 - combustion chamber;
8 - теплообменник-утилизатор холода кислорода;8 - heat exchanger-oxygen cold utilizer;
9 - теплообменник подогрева кислорода;9 - oxygen heating heat exchanger;
10 - установка холодильная воды контура высокого давления;10 - installation of cooling water of high pressure circuit;
11 - емкость сбора и хранения диоксида углерода;11 - capacity for collecting and storing carbon dioxide;
12.1 - турбина парогазовая высокого давления;12.1 - high pressure steam-gas turbine;
12.2 - турбина парогазовая среднего давления;12.2 - medium pressure steam-gas turbine;
12.3 - турбина парогазовая низкого давления;12.3 - low pressure steam-gas turbine;
13 - охладитель отработанных газов рекуперативный линии подачи воды в камеру сгорания (7);13 - exhaust gas cooler, recuperative, water supply line to the combustion chamber (7);
14.1 - компрессор воздуха низкого давления;14.1 - low pressure air compressor;
14.2 - компрессор воздуха высокого давления;14.2 - high pressure air compressor;
15 - теплообменник контактный низкого давления;15 - low pressure contact heat exchanger;
16 - первая секция подачи воды контактного теплообменника (15);16 - first section of water supply of contact heat exchanger (15);
17 - вторая секция подачи воды контактного теплообменника (15);17 - the second section of the water supply of the contact heat exchanger (15);
18 - компрессор;18 - compressor;
19 - теплообменник контактный высокого давления;19 - high pressure contact heat exchanger;
20 - устройство ожижения CO2;20 - CO2 liquefaction device;
21 - электрогенератор собственных нужд;21 - auxiliary electric generator;
22 - установка холодильная;22 - refrigeration unit;
23 - насос циркуляционной воды контура низкого давления;23 - low pressure circuit circulating water pump;
24 - насос циркуляционной;24 - circulation pump;
25 - подогреватель сетевой воды контура воды низкого давления;25 - heater of network water of low pressure water circuit;
26 - встроенный поверхностный теплообменник охлаждения сконденсированной воды контактного теплообменника (19) высокого давления;26 - built-in surface heat exchanger for cooling condensed water of the high-pressure contact heat exchanger (19);
27 - питательный насос охлаждающей воды контактного теплообменника (19) высокого давления;27 - feed pump for cooling water of the high-pressure contact heat exchanger (19);
28 - теплообменник охлаждающей воды контактного теплообменника (19) высокого давления;28 - heat exchanger of cooling water of high pressure contact heat exchanger (19);
29 - выпарной аппарат;29 - evaporator;
30 - встроенный поверхностный теплообменник горячих газов;30 - built-in surface heat exchanger for hot gases;
31 - конденсатор;31 - capacitor;
32 - встроенный поверхностный теплообменник сетевой воды конденсатора (31);32 - built-in surface heat exchanger of network water of the condenser (31);
33 - блок накопления и хранения кислорода;33 - oxygen accumulation and storage unit;
34 - установка ожижения природного газа;34 - natural gas liquefaction plant;
35 - насос подачи кислорода к внешнему потребителю;35 - oxygen supply pump to external consumer;
36 - ректификационная колонна разделения воздуха;36 - air separation rectification column;
37 - рекуперативный теплообменник охлаждения воздуха низкого давления сетевой водой;37 - recuperative heat exchanger for cooling low-pressure air with network water;
38 - теплообменник охлаждения воздуха низкого давления холодным теплоносителем;38 - heat exchanger for cooling low-pressure air with cold coolant;
39 - рекуперативный теплообменник охлаждения воздуха высокого давления сетевой водой;39 - recuperative heat exchanger for cooling high-pressure air with network water;
40 - теплообменник охлаждения воздуха высокого давления холодным теплоносителем;40 - heat exchanger for cooling high-pressure air with cold coolant;
41 - турбодетандер;41 - turboexpander;
42 - теплообменник охлаждения воздуха низкого давления холодным воздухом после турбодетандера (41).42 - heat exchanger for cooling low-pressure air with cold air after the turboexpander (41).
Стрелками показаны направления движения сред в установке.The arrows show the directions of movement of the media in the installation.
Теплофикационная установка содержит линию подачи сжиженного кислорода от установки криогенного разделения воздуха, линию подачи сжиженного природного газа, а также линию подачи воды в камеру (7) сгорания, соединенную с по меньшей мере одной парогазовой турбиной (12.1, 12.2, 12.3), выход которой соединен с линией охлаждения и конденсации отработанных газов, включающей рекуперативный охладитель (13) отработанных газов, выполненный с возможностью подогрева воды, подающейся насосом (4) воды в камеру (7) сгорания, контактный теплообменник (15) низкого давления, компрессор (18), контактный теплообменник (19) высокого давления и устройство (20) ожижения диоксида углерода, при этом один из выходов воды контактного теплообменника (15) низкого давления соединен с подогревателем (25) сетевой воды и по меньшей мере одной секцией подачи воды этого контактного теплообменника (15).The cogeneration plant comprises a liquefied oxygen supply line from a cryogenic air separation plant, a liquefied natural gas supply line, and also a water supply line to the combustion chamber (7) connected to at least one combined cycle turbine (12.1, 12.2, 12.3), the outlet of which is connected to an exhaust gas cooling and condensation line, including a recuperative exhaust gas cooler (13) configured to heat water supplied by a water pump (4) to the combustion chamber (7), a low-pressure contact heat exchanger (15), a compressor (18), a high-pressure contact heat exchanger (19), and a carbon dioxide liquefaction device (20), wherein one of the water outlets of the low-pressure contact heat exchanger (15) is connected to a network water heater (25) and at least one water supply section of this contact heat exchanger (15).
По меньшей мере одна парогазовая турбина (12.1) высокого давления соединена с по меньшей мере одним компрессором (14.2) высокого давления установки криогенного разделения воздуха, по меньшей мере одна парогазовая турбина (12.2) среднего давления соединена с по меньшей мере двумя компрессорами (14.1) низкого давления установки криогенного разделения воздуха. По меньшей мере два компрессора (14.1) низкого давления соединены с рекуперативными теплообменниками (37) охлаждения воздуха низкого давления установки криогенного разделения воздуха, выполненными с возможностью подогрева воды из теплосети, что позволяет повысить использование температур, получаемых теплофикационной установкой и повысить эффективность теплофикационной установки в целом при подогреве воды теплосети.At least one high-pressure steam and gas turbine (12.1) is connected to at least one high-pressure compressor (14.2) of the cryogenic air separation plant, at least one medium-pressure steam and gas turbine (12.2) is connected to at least two low-pressure compressors (14.1) of the cryogenic air separation plant. At least two low-pressure compressors (14.1) are connected to recuperative heat exchangers (37) for cooling low-pressure air of the cryogenic air separation plant, designed with the possibility of heating water from the heating network, which makes it possible to increase the use of temperatures obtained by the cogeneration plant and to increase the efficiency of the cogeneration plant as a whole when heating water from the heating network.
По меньшей мере один компрессор (14.2) высокого давления соединен с рекуперативным теплообменником (39) охлаждения воздуха высокого давления установки криогенного разделения воздуха, выполненным с возможностью подогрева воды из теплосети, что также позволяет повысить использование температур, вырабатываемых теплофикационной установкой и повысить эффективность теплофикационной установки в целом при подогреве воды теплосети.At least one high-pressure compressor (14.2) is connected to a recuperative heat exchanger (39) for cooling high-pressure air of a cryogenic air separation unit, designed with the possibility of heating water from a heating network, which also makes it possible to increase the use of temperatures generated by the heating unit and to increase the efficiency of the heating unit as a whole when heating water from the heating network.
Входящая в состав теплофикационной установки установка криогенного разделения воздуха включает также теплообменники (38, 40) охлаждения воздуха низкого и высокого давлений холодным теплоносителем, ректификационную колонну (36) разделения воздуха и турбодетандер (41).The cryogenic air separation unit, which is part of the heating plant, also includes heat exchangers (38, 40) for cooling low and high pressure air with a cold coolant, a rectification column (36) for separating air, and a turboexpander (41).
По меньшей мере один из по меньшей мере двух компрессоров (14.1) низкого давления соединен с турбодетандером (41) через рекуперативный теплообменник (37) охлаждения воздуха низкого давления, теплообменник (38) охлаждения воздуха низкого давления холодным теплоносителем, по меньшей мере один компрессор (14.2) высокого давления, рекуперативный теплообменник (39) охлаждения воздуха высокого давления и теплообменник (40) охлаждения воздуха высокого давления холодным теплоносителем, что дополнительно позволяет повысить использование температур, вырабатываемых теплофикационной установкой, и поддерживать необходимую температуру проходящего через теплообменник (42) охлаждения воздуха, поступающего в ректификационную колонну (36) разделения воздуха, с наименьшими затратами энергии.At least one of at least two low-pressure compressors (14.1) is connected to the turboexpander (41) via a recuperative heat exchanger (37) for cooling low-pressure air, a heat exchanger (38) for cooling low-pressure air with a cold coolant, at least one high-pressure compressor (14.2), a recuperative heat exchanger (39) for cooling high-pressure air and a heat exchanger (40) for cooling high-pressure air with a cold coolant, which additionally makes it possible to increase the use of temperatures generated by the cogeneration plant and to maintain the required temperature of the air passing through the heat exchanger (42) for cooling, entering the rectification column (36) for separating the air, with the least energy costs.
По меньшей мере один второй компрессор (14.1) низкого давления соединен с ректификационной колонной (36) разделения воздуха через рекуперативный теплообменник (37) охлаждения воздуха низкого давления, теплообменник (38) охлаждения воздуха низкого давления холодным теплоносителем и теплообменник (42) охлаждения воздуха, соединенный также с турбодетандером (41), при этом по меньшей мере один выход сжиженного кислорода ректификационной колонны (36) разделения воздуха соединен с камерой (7) сгорания теплофикационной установки, что дополнительно позволяет повысить использование температур, вырабатываемых теплофикационной установкой, и поддерживать необходимую температуру проходящего через теплообменник (42) охлаждения воздуха, поступающего в ректификационную колонну (36) разделения воздуха, с наименьшими затратами энергии.At least one second low-pressure compressor (14.1) is connected to the air separation rectification column (36) via a recuperative heat exchanger (37) for cooling low-pressure air, a heat exchanger (38) for cooling low-pressure air with a cold coolant and a heat exchanger (42) for cooling air, also connected to a turboexpander (41), wherein at least one outlet of liquefied oxygen of the air separation rectification column (36) is connected to the combustion chamber (7) of the heating plant, which additionally makes it possible to increase the use of temperatures generated by the heating plant and to maintain the required temperature of the air passing through the heat exchanger (42) for cooling, entering the air separation rectification column (36), with the least energy costs.
Теплообменники (38, 40) охлаждения воздуха низкого и высокого давлений холодным теплоносителем, выполнены с возможностью передачи тепла в атмосферу посредством градирен, что дополнительно позволяет повысить использование температур, получаемых теплофикационной установкой, и поддерживать необходимую температуру проходящего через теплообменник (42) охлаждения воздуха, поступающего в ректификационную колонну (36) разделения воздуха, с наименьшими затратами энергии.Heat exchangers (38, 40) for cooling low and high pressure air with a cold coolant are designed with the ability to transfer heat to the atmosphere by means of cooling towers, which additionally makes it possible to increase the use of temperatures obtained by the heating plant and to maintain the required temperature of the air passing through the heat exchanger (42) for cooling, entering the rectification column (36) for separating the air, with the least energy costs.
Кроме того, ректификационная колонна (36) разделения воздуха дополнительно соединена с блоком (33) накопления и хранения кислорода для обеспечения бесперебойной подачи сжиженного кислорода в камеру (7) сгорания.In addition, the air separation rectification column (36) is additionally connected to the oxygen accumulation and storage unit (33) to ensure an uninterrupted supply of liquefied oxygen to the combustion chamber (7).
Также линия охлаждения и конденсации отработанных газов теплофикационной установки дополнительно включает теплообменный аппарат (30), расположенный перед контактным теплообменником (15) низкого давления и встроенный в выпарной аппарат (29), что дополнительно позволяет повысить использование тепла в теплофикационной установке.Also, the line for cooling and condensing the exhaust gases of the heating plant additionally includes a heat exchanger (30), located in front of the low-pressure contact heat exchanger (15) and built into the evaporator (29), which additionally makes it possible to increase the use of heat in the heating plant.
Выход для воды выпарного аппарата (29) соединен с по меньшей мере одной секцией подачи воды в контактный теплообменник (19) высокого давления через питательный насос (27) и теплообменник (28) охлаждающей воды контактного теплообменника (19) высокого давления, что дополнительно позволяет повысить использование тепла в теплофикационной установке.The water outlet of the evaporator (29) is connected to at least one section of the water supply to the high-pressure contact heat exchanger (19) via a feed pump (27) and a heat exchanger (28) of the cooling water of the high-pressure contact heat exchanger (19), which additionally makes it possible to increase the use of heat in the heating plant.
Выход для воды контактного теплообменника (19) высокого давления соединен со входом для охлаждающей воды выпарного аппарата (29) через питательный насос (27) и теплообменник (28) охлаждающей воды контактного теплообменника (19) высокого давления, выход для пара выпарного аппарата (29) соединен с конденсатором (31), имеющим поверхностный теплообменник (32) для подогрева сетевой воды, что дополнительно позволяет повысить использование тепла в теплофикационной установке.The outlet for water of the high-pressure contact heat exchanger (19) is connected to the inlet for cooling water of the evaporator (29) via a feed pump (27) and a heat exchanger (28) for cooling water of the high-pressure contact heat exchanger (19), the outlet for steam of the evaporator (29) is connected to a condenser (31) having a surface heat exchanger (32) for heating network water, which additionally makes it possible to increase the use of heat in the heating plant.
Вода для охлаждения отработанных газов, циркулирующая через контактный теплообменник (19) высокого давления, теплообменник (28) охлаждающей воды и выпарной аппарат (29) является раствором по меньшей мере одной гигроскопической соли, представляющей собой одну из групп нитрата кальция, нитрата аммония, сульфата аммония, нитрата бария, перхлората бария, формиата калия, хлората натрия, нитрата натрия, нитрата калия, хлорида натрия и хлорида кальция или их комбинации (см. RU 2809298), что дополнительно повышает использование тепла за счет повышения отбора тепла от отработанных газов и отбора влаги из отработанных газов.The water for cooling the exhaust gases, circulating through the high-pressure contact heat exchanger (19), the cooling water heat exchanger (28) and the evaporator (29), is a solution of at least one hygroscopic salt, which is one of the groups of calcium nitrate, ammonium nitrate, ammonium sulfate, barium nitrate, barium perchlorate, potassium formate, sodium chlorate, sodium nitrate, potassium nitrate, sodium chloride and calcium chloride or a combination thereof (see RU 2809298), which additionally increases the use of heat by increasing the removal of heat from the exhaust gases and the removal of moisture from the exhaust gases.
Кроме того, один из выходов сконденсированной воды конденсатора (31) соединен со входом в теплосеть через насос, что дополнительно позволяет повысить использование тепла в теплофикационной установке.In addition, one of the condensed water outlets of the condenser (31) is connected to the input to the heating network via a pump, which further increases the use of heat in the heating plant.
По меньшей мере одна третья парогазовая турбина (12.3) является парогазовой турбиной низкого давления и соединена с электрогенератором (21), а компрессор (18) соединен с турбодетандером (41) установки криогенного разделения воздуха, соединенным с по меньшей мере одним компрессором (14.2) высокого давления установки криогенного разделения воздуха, что дополнительно позволяет повысить использование температур, получаемых теплофикационной установкой, и поддерживать необходимую температуру проходящего через теплообменник (42) охлаждения воздуха, поступающего в ректификационную колонну (36) разделения воздуха, с наименьшими затратами энергии.At least one third steam-gas turbine (12.3) is a low-pressure steam-gas turbine and is connected to an electric generator (21), and a compressor (18) is connected to a turboexpander (41) of a cryogenic air separation unit, connected to at least one high-pressure compressor (14.2) of a cryogenic air separation unit, which additionally makes it possible to increase the use of temperatures obtained by the heating unit and to maintain the required temperature of the air passing through the cooling heat exchanger (42) entering the rectification column (36) of air separation, with the least energy costs.
Выход для диоксида углерода устройства (20) ожижения диоксида углерода соединен с блоком (11) накопления и хранения диоксида углерода, а ректификационная колонна (36) разделения воздуха установки криогенного разделения воздуха соединена с блоком (33) накопления и хранения кислорода для обеспечения бесперебойной подачи сжиженного кислорода в камеру (7) сгорания.The carbon dioxide outlet of the carbon dioxide liquefaction device (20) is connected to the carbon dioxide accumulation and storage unit (11), and the air separation rectification column (36) of the cryogenic air separation unit is connected to the oxygen accumulation and storage unit (33) to ensure an uninterrupted supply of liquefied oxygen to the combustion chamber (7).
Теплофикационная установка выполнена с возможностью обеспечения передачи избытка воды из конденсатора (31) и контактного теплообменника (15) низкого давления, диоксида углерода и кислорода от блоков (11 и 33) накопления и хранения диоксида углерода и кислорода, а также газов, полученных при сжижении кислорода в установке (21) криогенного разделения воздуха, к внешнему потребителю, что повышает эффективность установки за счет сбора и последующей реализации полученных в установке веществ.The cogeneration plant is designed with the possibility of ensuring the transfer of excess water from the condenser (31) and the low-pressure contact heat exchanger (15), carbon dioxide and oxygen from the carbon dioxide and oxygen accumulation and storage units (11 and 33), as well as gases obtained during the liquefaction of oxygen in the cryogenic air separation plant (21), to an external consumer, which increases the efficiency of the plant by collecting and subsequently selling the substances obtained in the plant.
Теплофикационная установка работает следующим образом.The heating plant operates as follows.
Природный газ от источника природного газа, например газовой магистрали, баллонов, цистерн или любого другого источника природного газа, подают в установку (34) ожижения природного газа за счет холода сжиженного кислорода, поступающего от установки криогенного разделения воздуха. Сжиженный природный газ (СПГ) подают в камеру (7) сгорания насосом (2) СПГ через теплообменник-утилизатор (5) холода СПГ и теплообменник (6) подогрева СПГ. Также сжиженный кислород от установки криогенного разделения воздуха, например из ректификационной колонны (36) разделения воздуха или блока (33) накопления и хранения кислорода подают в камеру (7) сгорания насосом (1) кислорода через теплообменник установки ожижения природного газа, теплообменник-утилизатор (8) холода кислорода и теплообменник (9) подогрева кислорода. Кроме того, воду в камеру (7) сгорания подают насосом (4) воды из контактного теплообменника (15) низкого давления через рекуперативных охладитель (13) отработанных газов.Natural gas from a natural gas source, such as a gas main, cylinders, tanks or any other source of natural gas, is fed to the natural gas liquefaction unit (34) due to the cold of liquefied oxygen coming from the cryogenic air separation unit. Liquefied natural gas (LNG) is fed to the combustion chamber (7) by an LNG pump (2) through an LNG cold heat exchanger-utilizer (5) and an LNG heating heat exchanger (6). Also, liquefied oxygen from the cryogenic air separation unit, such as from an air separation rectification column (36) or an oxygen accumulation and storage unit (33) is fed to the combustion chamber (7) by an oxygen pump (1) through the heat exchanger of the natural gas liquefaction unit, the oxygen cold heat exchanger-utilizer (8) and the oxygen heating heat exchanger (9). In addition, water is supplied to the combustion chamber (7) by a water pump (4) from a low-pressure contact heat exchanger (15) through a recuperative cooler (13) of exhaust gases.
После сжигания парогазовую смесь подают на по меньшей мере одну парогазовую турбину (12), которая может соединяться с компрессорами (14.1, 14.2) низкого и высокого давлений установки криогенного разделения воздуха и/или соединяться с генератором (21) электрической энергии, для обеспечения собственных нужд теплофикационной установки (на привод компрессоров (14.1, 14.2), установок холодильных (22, 10), насосов (1, 2, 3, 4, 23, 24, 27, 35), теплообменников (градирен) (38, 40), привод компрессора (18) линии охлаждения отработанных газов, освещение, вентиляция и т.п.). При наличии по меньшей мере трех последовательно установленных парогазовых турбин (12.1, 12.2 и 12.3), по меньшей мере одна из них является парогазовой турбиной (12.1) высокого давления и соединена с по меньшей мере одним компрессором (14.2) высокого давления установки криогенного разделения воздуха, по меньшей мере одна другая парогазовая турбина является парогазовой турбиной (12.2) среднего давления и соединена с по меньшей мере одним компрессором (14.1) низкого давления установки криогенного разделения воздуха, а по меньшей мере одна третья парогазовая турбина является парогазовой турбиной (12.3) низкого давления и соединена с электрогенератором (21) для собственных нужд.After combustion, the steam-gas mixture is fed to at least one steam-gas turbine (12), which can be connected to low- and high-pressure compressors (14.1, 14.2) of the cryogenic air separation unit and/or connected to an electric power generator (21) to meet the intrinsic needs of the cogeneration unit (to drive compressors (14.1, 14.2), refrigeration units (22, 10), pumps (1, 2, 3, 4, 23, 24, 27, 35), heat exchangers (cooling towers) (38, 40), drive compressor (18) of the exhaust gas cooling line, lighting, ventilation, etc.). If there are at least three series-installed steam and gas turbines (12.1, 12.2 and 12.3), at least one of them is a high-pressure steam and gas turbine (12.1) and is connected to at least one high-pressure compressor (14.2) of the cryogenic air separation plant, at least one other steam and gas turbine is a medium-pressure steam and gas turbine (12.2) and is connected to at least one low-pressure compressor (14.1) of the cryogenic air separation plant, and at least one third steam and gas turbine is a low-pressure steam and gas turbine (12.3) and is connected to an electric generator (21) for its own needs.
Отработанные газы из по меньшей мере одной парогазовой турбины (12) последовательно охлаждают в рекуперативном охладителе (13) отработанных газов, в теплообменном аппарате (30) выпарного аппарата (29), что повышает использование тепла отработанных газов при подогреве воды тепловой сети, в контактном теплообменнике (15) низкого давления и контактном теплообменнике (19) высокого давления до температур конденсации воды, и в устройстве (20) ожижения диоксида углерода до температуры конденсации диоксида углерода.The exhaust gases from at least one combined-cycle turbine (12) are successively cooled in a recuperative exhaust gas cooler (13), in a heat exchanger (30) of an evaporator (29), which increases the use of exhaust gas heat when heating the water of the heating network, in a low-pressure contact heat exchanger (15) and a high-pressure contact heat exchanger (19) to water condensation temperatures, and in a carbon dioxide liquefaction device (20) to a carbon dioxide condensation temperature.
Сконденсированную в контактном теплообменнике (19) высокого давления воду дополнительно охлаждают поверхностным теплообменником (26) за счет передачи тепла от него холодильной установке (10) и подают через теплообменник (28) охлаждающей воды контактного теплообменника (19) высокого давления в выпарной аппарат (29) для охлаждения отработанных газов, проходящих через его теплообменный аппарат (30), что повышает использование тепла за счет рекуперации тепловой энергии циркулирующей воды.The water condensed in the high-pressure contact heat exchanger (19) is additionally cooled by the surface heat exchanger (26) due to the transfer of heat from it to the refrigeration unit (10) and is fed through the cooling water heat exchanger (28) of the high-pressure contact heat exchanger (19) to the evaporator (29) for cooling the exhaust gases passing through its heat exchanger (30), which increases the use of heat due to the recovery of thermal energy of the circulating water.
При этом, вода, циркулирующая через контактный теплообменник (19) высокого давления, теплообменник (28) охлаждающей воды и выпарной аппарат, является раствором по меньшей мере одной гигроскопической соли (нитрата кальция, нитрата аммония, сульфата аммония, нитрата бария, перхлората бария, формиата калия, хлората натрия, нитрата натрия, нитрата калия, хлорида натрия, хлорида кальция, хлорида лития или их комбинации). Из выпарного аппарата (29) водный крепкий раствор (от 40 до 80% по массе) (см. RU 2809298) гигроскопической соли питательным насосом (27) подают через указанный теплообменник (28) к по меньшей мере одной секции подачи воды контактного теплообменника (19) высокого давления, где этот раствор охлаждает отработанные газы и конденсирует из них воду, становясь при этом слабым раствором, за счет увеличения количества воды. Далее слабый водный раствор гигроскопической соли через указанный теплообменник (28) питательным насосом (27) подают в выпарной аппарат (29), что дополнительно повышает использование тепла за счет повышения отбора тепла от отработанных газов и отбора влаги из отработанных газов.In this case, the water circulating through the high-pressure contact heat exchanger (19), the cooling water heat exchanger (28) and the evaporator is a solution of at least one hygroscopic salt (calcium nitrate, ammonium nitrate, ammonium sulfate, barium nitrate, barium perchlorate, potassium formate, sodium chlorate, sodium nitrate, potassium nitrate, sodium chloride, calcium chloride, lithium chloride or a combination thereof). From the evaporator (29), a strong aqueous solution (from 40 to 80% by weight) (see RU 2809298) of hygroscopic salt is fed by a feed pump (27) through the said heat exchanger (28) to at least one water feed section of the high-pressure contact heat exchanger (19), where this solution cools the exhaust gases and condenses water from them, thereby becoming a weak solution, due to the increase in the amount of water. Then, the weak aqueous solution of hygroscopic salt is fed through the said heat exchanger (28) by a feed pump (27) to the evaporator (29), which additionally increases the use of heat due to an increase in the heat removal from the exhaust gases and the removal of moisture from the exhaust gases.
Образовавшийся пар в выпарном аппарате (29) направляют в конденсатор (31), где подогревают в поверхностном теплообменнике (32) сетевую воду, подаваемую в теплосеть, за счет чего пар охлаждается до температуры конденсации воды, что дополнительно позволяет повысить использование тепла в теплофикационной установке.The steam formed in the evaporator (29) is sent to the condenser (31), where it is heated in the surface heat exchanger (32) of the network water supplied to the heating network, due to which the steam is cooled to the temperature of water condensation, which additionally makes it possible to increase the use of heat in the heating plant.
Неиспарившуюся воду из выпарного аппарата (29) подают питательным насосом (27) через теплообменник (28) охлаждающей воды контактного теплообменника (19) высокого давления в этот контактный теплообменник (19) высокого давления для охлаждения отработанных газов до температуры конденсации воды, что дополнительно позволяет повысить использование тепла.The unevaporated water from the evaporator (29) is fed by the feed pump (27) through the cooling water heat exchanger (28) of the high-pressure contact heat exchanger (19) into this high-pressure contact heat exchanger (19) for cooling the exhaust gases to the water condensation temperature, which further increases the heat utilization.
По меньшей мере часть сконденсированной воды в конденсаторе (31) направляют на вход в теплосеть, что дополнительно позволяет повысить использование тепла в теплофикационной установке.At least part of the condensed water in the condenser (31) is directed to the input of the heating network, which additionally makes it possible to increase the use of heat in the heating plant.
Воздух из атмосферы по меньшей мере одним компрессором (14.1) низкого давления подают к по меньшей мере одному компрессору (14.2) высокого давления через рекуперативный теплообменник (37) охлаждения воздуха низкого давления, выполненный с возможностью подогрева воды теплосети, что позволяет повысить использование температур, получаемых теплофикационной установкой и повысить эффективность теплофикационной установки в целом при подогреве воды теплосети, и теплообменник (38) охлаждения воздуха низкого давления холодным теплоносителем, где соответственно охлаждают воздух, отводя температуру в атмосферу, например, через градирню.Air from the atmosphere is supplied by at least one low-pressure compressor (14.1) to at least one high-pressure compressor (14.2) through a recuperative heat exchanger (37) for cooling low-pressure air, designed with the possibility of heating the heating network water, which makes it possible to increase the use of temperatures obtained by the heating plant and to increase the efficiency of the heating plant as a whole when heating the heating network water, and a heat exchanger (38) for cooling low-pressure air with a cold coolant, where the air is accordingly cooled, removing the temperature into the atmosphere, for example, through a cooling tower.
Далее воздух по меньшей мере одним компрессором (14.2) высокого давления подают через рекуперативный теплообменник (39) охлаждения воздуха высокого давления, в котором подогревают воду из тепловой сети, что позволяет повысить использование температур, получаемых теплофикационной установкой и повысить эффективность теплофикационной установки в целом при подогреве воды теплосети, через теплообменник (40) охлаждения воздуха высокого давления холодным теплоносителем, отводя температуру воздуха в атмосферу, например, также через градирню, и далее к турбодетандеру (41), приводящему компрессор (18) линии охлаждения и конденсации отработавших газов теплофикационной установки, после турбодетандера (41) воздух подают в теплообменник (42) охлаждения воздуха, поступающего в ректификационную колонну (36) разделения воздуха.Then, air is fed by at least one high-pressure compressor (14.2) through a recuperative heat exchanger (39) for cooling high-pressure air, in which water from the heating network is heated, which makes it possible to increase the use of temperatures obtained by the cogeneration plant and to increase the efficiency of the cogeneration plant as a whole when heating the water of the heating network, through a heat exchanger (40) for cooling high-pressure air with a cold coolant, removing the air temperature into the atmosphere, for example, also through a cooling tower, and then to a turboexpander (41), which drives a compressor (18) of the cooling and condensation line of the exhaust gases of the cogeneration plant, after the turboexpander (41), air is fed to a heat exchanger (42) for cooling the air entering the rectification column (36) for separating the air.
Также воздух по меньшей мере одним вторым компрессором (14.1) низкого давления подают через второй рекуперативный теплообменник (37) охлаждения воздуха низкого давления, выполненный с возможностью подогрева воды теплосети, что позволяет повысить использование температур, получаемых теплофикационной установкой и повысить эффективность теплофикационной установки в целом при подогреве воды теплосети, через теплообменник (38) охлаждения воздуха низкого давления холодным теплоносителем, где соответственно охлаждают воздух, отводя температуру в атмосферу, например, через градирню, далее через теплообменник (42) охлаждения воздуха в ректификационную колонну (36) разделения воздуха, где воздух разделяют по меньшей мере на жидкий кислород и азот, при этом дополнительно могут быть получены такие газы как первичный криптоноксеноновый концентрат, аргон и неоногелиевая смесь. По меньшей мере часть полученного в ректификационной колонне (36) жидкого кислорода направляют в камеру (7) сгорания, а другую часть - в блок (33) накопления и хранения кислорода.Also, air is supplied by at least one second low-pressure compressor (14.1) through a second recuperative heat exchanger (37) for cooling low-pressure air, designed with the possibility of heating the heating network water, which makes it possible to increase the use of temperatures obtained by the cogeneration plant and to increase the efficiency of the cogeneration plant as a whole when heating the heating network water, through a heat exchanger (38) for cooling low-pressure air with a cold coolant, where the air is accordingly cooled, removing the temperature into the atmosphere, for example, through a cooling tower, then through a heat exchanger (42) for cooling air into a rectification column (36) for separating air, where the air is separated into at least liquid oxygen and nitrogen, wherein such gases as primary krypton-xenon concentrate, argon and a neon-helium mixture can additionally be obtained. At least part of the liquid oxygen obtained in the rectification column (36) is directed to the combustion chamber (7), and the other part is directed to the oxygen accumulation and storage unit (33).
Так было определено, что давления за компрессорами (14.1, 14.2) низкого и высокого давлений (при известных КПД компрессоров (14.1, 14,2) ηк составляет от 0,78 до 0,83, КПД турбодетандера (41) ηтур - от 0,6 до 0,85, температурного перепада на теплообменниках - 10-20 К, необходимой температуры воздуха за турбодетандером 85-90 К) должны быть не менее 0,7 МПа. Тогда по известной формуле действительного подогрева воздуха в компрессоре при адиабатическом сжатие ΔT=T1(πком ((к-1)/к)/η к-1), где πком - степень повышения давления в компрессоре; к - для воздуха составляет 1,4; T1 - начальная температура, уже при температуре воздуха перед компрессором (как пример) T1=273 К (0°С), температура за компрессором будет Т2=273+273(70,382-1)=574,1 К (301,1°С) - температура, обеспечивающая подогрев сетевой воды в соответствии с известными требованиями. С другой стороны данный уровень сжатия воздуха в компрессорах (14.1, 14.2) и в дальнейшем его охлаждение (37, 38, 39, 40, 42) и дросселирование в турбодетандере (41) (с известной формулой температуры за турбодетандером Т4=Т3:πтур ((к-1):к)ηтур) обеспечивает ~90 К - температуру конденсации кислорода в ректификационной колонне (36) разделения воздуха.Thus, it was determined that the pressure behind the low- and high-pressure compressors (14.1, 14.2) (with known compressor efficiencies (14.1, 14.2) η k ranges from 0.78 to 0.83, turboexpander efficiency (41) η tour - from 0.6 to 0.85, temperature difference across heat exchangers - 10-20 K, required air temperature behind the turboexpander 85-90 K) should be at least 0.7 MPa. Then, according to the known formula for actual air heating in the compressor during adiabatic compression ΔT = T 1 (π kom ((k-1)/k)/η k -1), where π kom is the pressure increase ratio in the compressor; k - for air is 1.4; T 1 is the initial temperature, already at the air temperature in front of the compressor (as an example) T 1 = 273 K (0°C), the temperature behind the compressor will be T 2 = 273 + 273 (7 0.382 -1) = 574.1 K (301.1°C) - the temperature that ensures heating of the network water in accordance with the known requirements. On the other hand, this level of air compression in compressors (14.1, 14.2) and its subsequent cooling (37, 38, 39, 40, 42) and throttling in the turboexpander (41) (with the known formula for the temperature behind the turboexpander T 4 = T 3 : π turbo ((k-1): k) η turbo ) provides ~ 90 K - the oxygen condensation temperature in the rectification column (36) for separating air.
По меньшей мере часть сжиженного кислорода из ректификационной колонны (36) разделения воздуха установки криогенного разделения воздуха направляют в блок (33) накопления и хранения кислорода, сжиженный диоксид углерода из устройства (20) ожижения диоксида углерода направляют в блок (11) накопления и хранения диоксида углерода, при этом сжиженные газы из блоков (11, 33) накопления и хранения диоксида углерода и кислорода, газы, полученные при сжижении кислорода в установке криогенного разделения воздуха, и излишки воды из конденсатора (31) и контактного теплообменника (15) низкого давления выводят из установки к внешнему потребителю, что повышает эффективность установки за счет сбора и последующей реализации полученных в установке веществ.At least a portion of the liquefied oxygen from the air separation rectification column (36) of the cryogenic air separation unit is directed to the oxygen accumulation and storage unit (33), liquefied carbon dioxide from the carbon dioxide liquefaction device (20) is directed to the carbon dioxide accumulation and storage unit (11), wherein the liquefied gases from the carbon dioxide and oxygen accumulation and storage units (11, 33), gases obtained during the liquefaction of oxygen in the cryogenic air separation unit, and excess water from the condenser (31) and the low-pressure contact heat exchanger (15) are discharged from the unit to an external consumer, which increases the efficiency of the unit by collecting and subsequently selling the substances obtained in the unit.
Claims (9)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2842162C1 true RU2842162C1 (en) | 2025-06-23 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2266344A (en) * | 1992-04-22 | 1993-10-27 | Boc Group Plc | Combined air separation and power generation. |
| RU2029104C1 (en) * | 1990-07-02 | 1995-02-20 | Акционерное общество закрытого типа "Экоэн" | Combined-cycle plant |
| US5406786A (en) * | 1993-07-16 | 1995-04-18 | Air Products And Chemicals, Inc. | Integrated air separation - gas turbine electrical generation process |
| RU2380548C2 (en) * | 2005-06-08 | 2010-01-27 | Ман Турбо Аг | Boiler plant and method of operation and equipping of boiler plant |
| RU2560660C1 (en) * | 2014-08-29 | 2015-08-20 | Михаил Аркадьевич Верткин | Steam-power plant |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2029104C1 (en) * | 1990-07-02 | 1995-02-20 | Акционерное общество закрытого типа "Экоэн" | Combined-cycle plant |
| GB2266344A (en) * | 1992-04-22 | 1993-10-27 | Boc Group Plc | Combined air separation and power generation. |
| US5406786A (en) * | 1993-07-16 | 1995-04-18 | Air Products And Chemicals, Inc. | Integrated air separation - gas turbine electrical generation process |
| RU2380548C2 (en) * | 2005-06-08 | 2010-01-27 | Ман Турбо Аг | Boiler plant and method of operation and equipping of boiler plant |
| RU2560660C1 (en) * | 2014-08-29 | 2015-08-20 | Михаил Аркадьевич Верткин | Steam-power plant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7574856B2 (en) | Configurations and methods for power generation with integrated LNG regasification | |
| Li et al. | Thermodynamic analysis of a novel combined cooling and power system utilizing liquefied natural gas (LNG) cryogenic energy and low-temperature waste heat | |
| US7299619B2 (en) | Vaporization of liquefied natural gas for increased efficiency in power cycles | |
| US5572861A (en) | S cycle electric power system | |
| US8963347B2 (en) | Methods and systems for generating power from a turbine using pressurized nitrogen | |
| AU707916B1 (en) | Integrated air separation and combustion turbine process | |
| US20100146971A1 (en) | LNG Regasification And Power Generation | |
| US20020148225A1 (en) | Energy conversion system | |
| US7637109B2 (en) | Power generation system including a gas generator combined with a liquified natural gas supply | |
| UA61957C2 (en) | Method for obtaining energy from the exhaust gas of gas turbine, method and system of regeneration of energy of the exhaust gas heat | |
| US4227374A (en) | Methods and means for storing energy | |
| WO2018122083A1 (en) | A heat pump and a process for producing a heated first medium and a cooled second medium | |
| US20120038172A1 (en) | Renewable power storage utilizing liquid gas | |
| Du et al. | Performance analysis of ocean thermal energy conversion system integrated with waste heat recovery from offshore oil and gas platform | |
| JP2000204909A (en) | Lng cryogenic power generation system | |
| RU2842162C1 (en) | Heating plant and cryogenic air separation plant for it | |
| Borisov et al. | Analysis of the compressorless combined cycle gas turbine unit performance efficiency in district heating systems | |
| KR20240042681A (en) | Methods and systems for producing hydrogen | |
| Liu et al. | Integration of LNG regasification process in natural gas-fired power system with oxy-fuel combustion | |
| RU2837104C1 (en) | Power plant and method of its operation | |
| JP2000120404A (en) | Combined power plant | |
| CN109630269A (en) | Zero-carbon emission natural gas-steam combined cycle clean power generation process | |
| JP2004150685A (en) | Nitrogen producing equipment and turbine power generation equipment | |
| RU2837103C1 (en) | Power plant and method of its operation | |
| JP7719552B2 (en) | Cold energy utilization gas turbine power generation system |